Каталог :: Химия

: Азотная кислота

                      Содержание                      
1. Азотная кислота                                                    стр. 3
2. Окислительные свойства азотной кислоты                   стр. 3
3. Нитраты                                                                стр. 6
4. Промышленное получение азотной кислоты       стр. 7
5. Круговорот азоты в природе                               стр. 8
6. Библиография                                                       стр. 10
     1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO
—бесцвет­ная жидкость плотностью 1,51 г/см 
при - 42 °С застывающая в прозрачную
кристаллическую массу. На воздухе она, подобно кон­це
нтрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее обра­зуют с 
'влагой воздуха мелкие капельки тумана,
Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под
влиянием света она постепенно разлагается:
                    
Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее и
дет разложение. Выделяющийся диоксид азота 
растворяется в кислоте и придает ей бурую окраску.
Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кис­лот; в разбавленных
растворах она полностью распадается на ионы Н 
и- NO
.
     2. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством 
азотной кислоты является ее ярко выраженная
окислительная способность. Азотная кислота—один 
из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко окисляютс
я ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при кип
ячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор — в
фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную 
HNO, ярко
разгорается.
Азотная кислота действует почти на все металлы (за 
исключением золота, платины, тантала, родия, ирид
ия), превращая их в нитраты, а некоторые металлы—в
оксиды.
Концентрированная HNO 
пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов
открыл, что железо, легко растворяющееся 
в разбавленной азотной кислоте, не растворяется
в холодной концентрированной HNO
. Позже было установлено, что аналогичное действие
азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти металлы переходят под
действием концентрированной азотной кислоты в
пассивное состояние.
Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 
4-5. Выступая в качестве окислителя, 
НNО может
восстанавливаться до различных продуктов:
                    
Какое из этих веществ образуется, т. е. насколько
глубоко восстанавливается азотная кислота в том
или ином случае, зависит от природы восстановителя
и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты. Чем выше
концентрации HNO,
тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с 
концентрированной кислотой чаще всего выделяется 
. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с
малоактивными металлами, например, с медью, выделяется NO. В случае
более активных ме­таллов — железа, цинка, —
образуется
. Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными
металлами—--цинком, магнием, алюминием -— с
образованием иона аммония, даю­щего с кислотой нитрат аммония. Обычно
одновременно образуют­ся несколько продуктов.
Для иллюстрации приведем схемы реакций окисления некото­рых металлов азотной
кислотой;
                                                                            
     
     
При действии азотной кислоты на металлы водород, как пра­вило, не выделяется.
При окислении неметаллов концентрированная азотная кисло­та, как и в случае
металлов, восстанавливается до 
, например
                    
Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:
                    
Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной
кислоты с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-восстановительные
реакции, идущие с участием 
, протекают сложно.
Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3—4 объемов
концен­трированной соляной к
ислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет
некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной 
кислотой, в том числе и «царя металлов»—золото. Дей­ствие ее объясняетс
я тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и
образованием хлороксида 
азота(III), или хлорида 
нитрозила, 
:
                    
Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:
                    
Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и
обусловли­вает высокую окислительную способность царской водки
. Реакции окисления золота и платин
ы протекают в основном согласно сле­дующим уравнениям.
                    
С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид пла­тины (IV) образуют
комплексные соединения 
На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один или
несколько атомов водорода в молекуле 
органического соединения замещаются нитрогруппами 
. Этот про­цесс называется нитрованием и имеет 
большое значение в органической химии.
Азотная кислота — одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она
расходуется в производстве, 
азотных удобрений, взрывчатых веществ и органических
красителей, слу­жит окислителем во многих
химических процессах, используется в производстве
серной кислоты по нитрозному способу, применяется
для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.
     3. Нитраты. Соли азотной кислоты называются нитратами. Все они хо­рошо
растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выде­лением кислорода. При
этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты:
                    
Нитраты большинства остальных металлов при нагревании 
распадаются на оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:
                    
Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, се
­ребра, золота) разлагаются при нагревании до своб
одного ме­талла:
                    
Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой
температуре являются энергичными окислителями. Их водные раство
ры, напро­тив, почти не проявляют окислительных свойств.
Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, ам­мония и кальция,
которые на практике называются селитрами.
     Нитрат натрия 
или натриевая селитра, иног
да назы­ваемая также чилийской селитрой
, встречается в большом количе­стве в 
природе только в Чили.
     Нитрат калия
, или калийная селитра, в небольших ко­личествах также встречается в
природе, но главным образом полу­чается искусственно при взаимодействии нитрата 
натрия с хлори­дом калия.
Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нит­рат калия содержит
два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нит
раты натрия и калия применяются также при
стекло­варении и в пищевой промышленности для консервирования про
­дуктов.
     Нитрат кальция 
или кальциевая селитра, получается в больших количествах нейтрализацией
азотной кислоты известью; применяется как удобрение.
     4. Промышленное получение азотной кислоты. Современные промышленные
способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака
кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что он горит в
кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в
присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе.
Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и
определен­ном составе смеси происходит почти полное превращение
                    
Образовавшийся  
легко переходит в,
который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.
В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе
платины.
Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не
превышающую 60%. При необходимости ее концен­трируют,
Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47
и 45%, а концентрированная—98 и 97%, Концентрированную кислоту перевозят в
алюминиевых цистернах, разбавленную — в цистернах из кислотоупорной стали.
     5. Круговорот азота в природе. При гниении органически
х веществ значительная часть содержащегося в них азота превра­щается в
аммиак, который под влиянием живущих в почве ни­трифицирующих бактерий
окисляется затем в азотную кис­лоту. Последняя, вступая в реакцию с
находящимися в почве карбонатами, например с
карбонатом кальция,
образует нитраты:
                    
Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в
атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ,
при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии,
которые при недо­статочном доступе воздуха могут отнимать кислород от
нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих
денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для
зеленых растений формы (нитраты) пере­ходит в недоступную (свободный азот).
Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений,
возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном
виде.
Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы
привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не
существовали процессы, возмещаю­щие потери азота. К таким процессам относятся
прежде всего про­исходящие в атмосфере электрические разряды, при которых
все­гда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают
азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. 'Другим источником
пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых
азотобактерий, спо­собных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих
бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая
образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили
название клубеньковых бактерий. Усваивая ат­мосферный азот, клубеньковые
бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь,
превращают последние в белки и другие сложные вещества.
Таким образом, в природе совершается непрерывный кругово­рот азота. Однако
ежегодно с урожаем с полей убираются наибо­лее богатые белками части
растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения,
возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.
Изучение вопросов питания растений и повышения урожайности последних путем
применения удобрений является предметом специальной отрасли химия, получившей
название агрохимии.